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材料能瞬间从花生变太妃糖?

时间:2015-05-08 10:38来源: 新材料在线 作者:yeke 点击:
(来自赖斯大学的科学家的计算显示,二维层状二硫化钼材料,可以通过改变其环境条件变得超塑性。在含硫的气氛,和合适的温度和压力下,能量势垒会被降低,允许位错沿晶界的位

(来自赖斯大学的科学家的计算显示,二维层状二硫化钼材料,可以通过改变其环境条件变得超塑性。在含硫的气氛,和合适的温度和压力下,能量势垒会被降低,允许位错沿晶界的位移,从而改变材料的性质。 S2是指二硫分子; VS2是双硫原子空位。图片来源:Xiaolong Zou /赖斯大学。)

 

如果花生在特定条件下变成脆的,会不会变成太妃糖一样呢?来自莱斯大学的研究人员,分析了如果类似情况对于二维层状二硫化钼材料发生会有什么情况。

 

莱斯的研究人员计算出,原子级层厚的二硫化钼层可在合适的温度和压力下,通过曝光在含硫的气体中可以获得塑性的性能。

 

根据莱斯大学的理论物理学家鲍里斯Yakobson和博士后研究员Xiaolong Zou所称,这意味着人们可以使其变形而不破坏它,这是一个许多研究二维材料的科学家都会觉得有趣的性质;他们主导的这项研究发表在《Nano Letters》杂志上。

 

许多实验室都在研究二硫化钼作为半导体的性能,而它吸引莱斯大学实验室的原因在于,它的晶粒边界的特性。像石墨烯一样的二维材料实际上是平面的、原子厚的片层。但2-D二硫化钼却像是夹心三明治,硫原子层在上方,钼原子层在下方。

 

当两片材料以不同的角度在炉子中生长过程,边界的原子必须通过即兴“缺陷”的排布来弥补,其又称为位错。

 

研究人员确定,这有可能可以通过气体介质的环境控制,以促进这些位错的移动。这会改变材料的性质,赋予其超塑性,这使得它能够被变形超出其平常断裂点。

 

塑料材料可以重新排列,并保持其新的形状。例如,一个水暖工可弯曲的金属管;这种可弯曲的性质就是可塑性。 Yakobson注意到,这样的材料可以随环境的变化再次变脆。

 

“一般来说,化学和力学的配合是相当罕见的,科学上难以理解,”Yakobson说,他在赖斯的研究团队,通过计算它们的原子结合的能量来分析材料。 “腐蚀就是最好例证,其如何影响的化学机械性能,及耐腐蚀性的科学还处于发展阶段。”

 

对于二硫化钼,他们发现两种机制,通过这些机制,边界可以克服活化能势垒,并导致超塑性。第一个机制,称为直接再结合,只有错位的钼原子会转移到应对外部势力。第二称作,键的旋转,几个原子将转移到相反的方向。

 

他们计算出屏障直接再结合的势垒,尽管没那么强烈,依旧比键旋转要低得多。 “通过再结合的路径,这种缺陷的流动性变化了几个数量级,”Yakobson说。 “我们从材料力学知道,从脆性或韧性特质都是由位错的流动性来定义的 。我们展示的是,我们能够影响到可以接触的有形物质的性质,如可拉伸性。

 

Yakobson建议,有可能可以调整二硫属化物的可塑性,也许还可以通过处理所述位错以消除来自二维二硫属化物片状材料的缺陷,“为了允许他们可以快速扩散并消失,或以形成有趣的聚集状态。”这有可能开启制造二硫属化物的更简单的方法,这需要特定的电学和机械性能,他说。

 

“从理论上讲,我们将这些2-D的材料看作一个开放的画布,”他说。 “你可以非常快速地读取和写入来改变他们。块状材料是不具有这种开放性的,但在这里,每一个原子都与紧邻环境有密切联系”。

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